Abstract: This paper introduces Wer Kai Electric (Shanghai) Co., Ltd. R & D production WKS Series Frequency transformation in the content of screw air compressor, and to achieve the energy saving effect.
Key words: Air compressor Inverter WKS
一、前言
空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內(nèi)進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。作為基礎工業(yè)裝備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應用。空壓機占大型工業(yè)設備(風機、水泵、鍋爐、空壓機等)耗電量的15%。由于結(jié)構(gòu)原理的原因，大部分空壓機自身存在著明顯的技術(shù)弱點。
隨著威爾凱在中國設立威爾凱電氣（上海）有限公司以來，WKS系列變頻器產(chǎn)品在調(diào)速領(lǐng)域中的應用越來越廣泛。它具有運行穩(wěn)定、操作方便，節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，越來越受到廣大工程技術(shù)人員和管理人員的重視。絕大部分生產(chǎn)設備都用到壓縮空氣，以前都是由單個的小型空壓機供氣，這種供氣方式存在著壓力不穩(wěn)定，故障率高，維修成本大等缺點。
二、空壓機改造前后的運行狀況
德標管業(yè)（上海）有限公司共有螺桿式空氣壓縮機5臺，空壓機具體參數(shù)如下表：
設備名稱 數(shù)量 功率 轉(zhuǎn)速 工作壓力 備注
螺桿式空氣壓縮機 5 90KW 2900r/min 6.5kg-7.8kg 不穩(wěn)定
合計 2 90KW 現(xiàn)改造兩套
設備改造前，為每兩臺空壓機一用一備，全部工作在工頻狀態(tài)，起動方式為星三角降壓起動，壓力控制采用兩點式控制（上下限控制），即空壓機氣缸內(nèi)壓力達到設定上限時，空壓機通過本身的油壓關(guān)閉氣閻，當壓力下降到設定下限時，空壓機打開進氣閥。由于生產(chǎn)過程中用氣量的變化，空壓機也頻繁地加載和卸載，主電機的啟動電流仍然很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設備的運行安全，且電機工頻起動設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作時對機械量大。主電機時常空載運行過程中不產(chǎn)生壓縮空氣，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴重，電機在工頻運行致使空壓機運行時噪音很大等原因，因此對其進行變頻改造是很有必要的。
目前的運行狀況是：空載電壓：405V 電流：116A；工作電壓：411V 電流：185A ；空載工作的視功功率：48KW 工作視功功率：132KW ； 空載有功功率：47KW 工作有功功率：115KW；壓縮機功率為90KW 轉(zhuǎn)速為：2900轉(zhuǎn)每分。 目前空氣壓縮機輸出壓力上限設定在：7.8kg,下限壓力設定在：6.5 kg 平均工作壓力在7.0kg ,實現(xiàn)了恒壓供氣。
三、威爾凱變頻節(jié)能原理
螺桿式空壓機基本運行方式是加載、減載方式。減載時電機空轉(zhuǎn),能源白白的浪費，如果利用WKS系列變頻器通過改變電機頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，變頻控制即通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果。空壓機變頻節(jié)能系統(tǒng)原理：通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由WKS變頻器輸出的相應頻率和幅值的交流電，在電動機上得到相應的轉(zhuǎn)速。那么空壓機輸出對應的壓縮空氣輸出至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設定范圍內(nèi)，進行恒壓控制。反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設定壓力上。
系統(tǒng)改造時保留原工頻系統(tǒng)不變，只需威爾凱變頻控制系統(tǒng)，無須再培訓操作人員，當空壓機控制系統(tǒng)運行，變頻系統(tǒng)自動進入運行狀態(tài)。本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，通過變頻器的控制面板設定空氣壓力定值，在儲氣罐上安裝個壓力傳感器。將空氣壓力信號轉(zhuǎn)換為 0 ～ 10 V 的電信號，反饋到變頻器內(nèi)部的 PID 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將信號與壓力定值進行比較運算，然后輸出控制信號，變頻器再根據(jù)此信號輸出頻率，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，使空氣壓力保持穩(wěn)定，這樣空壓機始終保持在節(jié)電運行狀態(tài)。
四、系統(tǒng)原理設計方案
變頻控制系統(tǒng)由以下部分:變頻器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、交流接觸器、中間繼電器等組成，變頻控制柜功有：啟動、運行、停止、切換、報警等控制功能。WKS系列變頻器采用先進控制技術(shù)，根據(jù)用戶壓縮空氣的需求量，在不改變原有的控制系統(tǒng)線路下，采用壓力傳感技術(shù)來檢測網(wǎng)管壓力，使壓縮機馬達在空載運行時停止運行，根據(jù)用氣量自動調(diào)整供氣壓力保證空壓機始終運行在節(jié)能狀態(tài)，可大幅節(jié)省用電量，達到節(jié)電的目的。
系統(tǒng)運行步驟：
(1)、開機前選擇變頻/工頻啟動；
(2)、啟動空壓機“啟動”鍵，變頻器在設定的時間內(nèi)啟動，空壓機開始工作；
(3)、變頻器根據(jù)現(xiàn)場壓力變送器檢測網(wǎng)管出口壓力進行比校，經(jīng)PID指令運算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率；
(4)、停上空壓機，空壓機與變頻器同時停上工作；
五、投資分析
1．投資
設備名稱 功率（KW） 變頻器型號及品牌 數(shù)量（套） 單 價（RMB） 總價（RMB）
螺酐式空氣壓縮機 90 威爾凱WKS110G4TC 1 45347.00 45347.00
安裝調(diào)試 10% 4534.00
稅金 8% 3627.00
合計 53508.00
總計 伍萬叁仟伍佰零捌圓整
2．投資回收期
現(xiàn)以貴公司改造兩套中的一套為例來計算：功率為110KW，總投資額為53508.00元，公司運作情況為日均工作24小時,負荷率取0.87,電費為0.8元/度,每月30天，節(jié)電率20%那么：
月節(jié)電費=總功率×負荷率×月運行時間×電價×節(jié)電率
=90×0.87×24×30×0.8×20%
=9020（元）
年節(jié)電費=月節(jié)電費×12個月
=9020×12
=108240（元）
投資回收期=投資總額÷月節(jié)電費
=53508÷9020︽6個（月）
由此可見約需六個月就可以收回投資。
六、改造后幾大優(yōu)點
(1)、節(jié)能降耗。
(2)、電動機從低速起動，沖擊電流小，電動機和空壓機運行平穩(wěn)。
(3)、由于變頻器具備較強的保護功能，降低了設備故障率。
(4)、系統(tǒng)壓力更加穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。(5)、很大程度上減少了該公司電氣工程師的工作強度。
七、結(jié)束語
該公司通過使用威爾凱WKS系列變頻器進行兩套空壓機節(jié)能改造后，經(jīng)過一年多的實際運行，工作正常，壓力穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，使得公司高屋管理人員看到了節(jié)能效果，從而很大程度上減輕了公司的電費支出，同時也表明威爾凱進入中國市場后為我國的節(jié)能減排所做出的努力與信心！
